焊縫余高對超聲波探傷的影響

徐生東，戴敬東，張鵬林

（1.中石油第二建設公司，蘭州 730060；2.蘭州理工大學 甘肅省有色金屬新材料省部共建國家重點實驗室，蘭州 730030）

焊縫余高干擾波在超聲探傷中是比較常見的干擾信號，特別是在雙面自動焊焊縫和表面經過修磨處理過的手工焊焊縫中更為常見。探傷中余高干擾波出現(xiàn)在示波屏上一次波之后的二次波探傷區(qū)域內，與缺陷的二次回波非常相似，如果不能正確識別，會造成誤檢或漏檢。事實上，余高干擾波規(guī)律性很強，并不難識別，其不僅不會對探傷工作帶來影響，相反還可以利用它來正確地識別缺陷信號，提高探傷準確率。

1 余高干擾波產生原理

如圖1所示，當聲波入射到焊縫下表面余高上時會產生波型轉換，轉換成反射橫波S′和反射縱波L′，也稱為變型橫波和變型縱波。沿余高表面從A～C之間的點，聲波的入射角各不相同，因此各點反射橫波和反射縱波的傳播方向也不同。反射橫波和反射縱波傳到上表面，又在上表面余高上反射，部分沿原路徑返回被探頭接收。

圖1 余高干擾波的產生示意圖

圖2為焊角波和干擾波示意圖，其中焊角波A、反射縱波L及反射橫波S有時同時出現(xiàn)，有時只出現(xiàn)A 波和S波，有時甚至只出現(xiàn)三個波中的一個，這完全取決于焊縫不同處的形狀。隨著探頭的前后移動，A，L 和S波也隨之前后移動。移動過程中，視覺誤差范圍內，三個波之間的間距保持不變，且幅度變化是一致的。焊縫局部還有可能出現(xiàn)橫波干擾波的多次反射波。下文將對不同形狀余高產生的干擾波逐一分析，并給出解決方法。

圖2 焊角波干擾波示意圖

2 余高干擾波分析

2.1 余高過高

焊縫余高過高時會出現(xiàn)頂部盲區(qū)。采用斜探頭一次波進行焊縫單面探傷時（圖3），克服頂部盲區(qū)的方法是采用小前沿、大K值的探頭。采用斜探頭一次反射波進行焊縫單面探傷時（圖4），克服頂部盲區(qū)的辦法是減小探頭角度。

2.2 余高過寬

焊縫余高過寬時會出現(xiàn)焊縫中部盲區(qū)，克服中部盲區(qū)的辦法是增大探頭角度和減小探頭前沿長度（圖5）。

圖5 余高過寬斜探頭一次波焊縫雙面探傷

2.3 中厚板對接焊縫余高

中厚板對接焊縫超聲波探傷時，探頭下擴散聲束在焊縫表面的反射回波，很容易被誤判為缺陷。如在厚板焊縫中（T＝50mm 左右），常發(fā)現(xiàn)距背面4～10mm 深度范圍內的熔合線附近有不同長度連續(xù)的超標反射波（圖6）。

圖6 中厚板對接焊縫超聲波探傷

對于這種反射波，按照常規(guī)的判斷很容易被評定為未熔合或母材中的缺陷。當拍打背面焊縫區(qū)時波幅變化不明顯，然而砂輪打磨背面焊縫時可見波幅逐漸降低直至消失，這說明該反射波是來自于背縫的焊縫表面。此種現(xiàn)象極易導至誤判，造成不應該的返修。

3 焊縫余高干擾回波的判斷

假回波的反射面在焊縫表面，深度指示遠小于板厚，其原因是儀器的指示均根據軸線聲束的聲程計算而來，但聲束是會擴散的，若反射面只有利于擴散角內某部分聲束反射時，其所得回波再用軸線聲束計算，顯然會出現(xiàn)錯誤。

如圖7所示對比試塊，以63°探頭前移為例進行分析。當入射點在M時，探頭的軸線聲束與反射面垂直，回波最高，此時聲程為BM＝131.1mm，深度BF＝59.56mm，水平距離FM＝116.8mm。探頭前移到L時（波幅下降一半），軸線聲束移為CL，在φ3mm 孔上已無反射面，所以此時的回波不是軸線聲束反射，而是下擴散角內某聲束AL（與φ3 mm孔反射面垂直）的反射回波。此時儀器的指示聲程是AL的真實聲程（113.5mm），但其深度與水平距離則需要計算：AL的折射角β＝arccos60°／（113.5＋1.5）＝58.55°，實際深度AE＝cos58.55°×113.5＝59.22mm，實 際 水 平 距 離EL＝sin58.55°×113.5＝96.83mm。上述計算結果顯然與儀器的指示深度和水平距離是不同的，儀器指示的數(shù)據是按已無反射條件的軸線聲束計算的，所以是錯誤的，其指示深度比A點的實際深度提高了7.7mm，水平距離前移了4.3mm。換言之，即是把A點的反射波誤指示為沒有反射的C點。

圖7 RB2對比試塊

同樣道理，在圖8 所示焊縫探傷時，若A點處焊縫表面不利于軸線聲束反射，而只與下擴散角范圍內某部分聲束相垂直時，則得到較高的回波，其儀器提供的深度和水平距離卻錯誤地被指示為C點。

實際上無論探頭角度多大，這種擴散聲束在焊縫表面引起的假缺陷回波現(xiàn)象都有可能存在，主要決定于有效反射面的大小、方向、形狀和光潔度等。如為了和變型波加以區(qū)別，把該波稱為變角回波更為直觀。焊縫中的這種回波并非缺陷回波，是探頭下擴散角內的某一聲束在焊縫表面反射的回波。

圖8 底部余高焊縫超聲探傷

4 小結

焊縫探傷的變角回波以及余高干擾波，無論斜探頭角度多大，都有可能存在，是否出現(xiàn)及其反射能量強弱主要取決于有效反射面的大小、方向、形狀和光潔度等。凡遇到此類按常規(guī)定位方法定位于熔合線附近或母材內的回波，須認真地觀察焊縫外形、更換探頭角度、雙面雙側檢測、精確定位分析，必要時打磨焊縫等，以避免造成誤判。